Устройство для измерения вибрации и перемещений

(51) 5 т ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ь 161) 1010470(21) 4668930/28 (22) 30.03.89 (46) 23.07.91. Бюл. 1 ч. 27 171) Харьковский филиал Центрального конструкторского бюро Союзэнергоремонта (72) Л.,1 ь,.Четелев, В.И.Цыбулько, А,С,Зорин, М.Ф. Квашин, С. Н, Меньшиков и Н. И, Вова (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ьч. 1010470, кл. 6 01 Н 1/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и является усовершенствованием известного устройства по а вт,св. 1 ч. 1010470. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем получения информации о величине размаха виброперемещения, его пиковых значений, биений, а также изменения их во времени. При изменении за счет виброперемещения между торцом измери 01 Н 11/06,6 01.В 7/О тельной катушки 2 и исследуемым объектом 3 происходит изменение индуктивности измерительной катушки 2 и, как следствие этого, изменение частоты колебаний генератора 1, что приводит к изменению выходных сигналов обоих частотных детекторов 5 и 7. Суммированием их сигналов в сумматоре 9 получают преобразованный сигнал с линейной характеристикой на участке 0,5 - 3,0 мм. При плавном увеличении сигнала размаха виброперемещения срабатывает пороговый блок, а по его команде - блок сигнализации. В случае появления в сигнале виброперемещения скачкообразного увеличения сигнала размаха этот сигнал оценивается по крутизне фронта, уровню и длительности в сигнализаторе 19 скачка размаха виброперемещения. В преобразователе 13 пиковых значений виброперемещения переменная составляющая сигнала преобразуется в постоянное напряжение вне зависимости от направления перемещения объекта, 2 з.п,ф-лы, 4.ил. ,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Изобретение относится к измерительной технике и является усовершенствованием устройства по авт, св. М 1010470,Цель изобретения - повышение достоверности и эффективности контроля вибросостояния турбоагрегата при его пуске и эксплуатации, которое достигается пу-ем расширения числа измеряемых и регистрируемых параметров виброперемещения: размаха и пиковых значений виброперемещения, относительных статических (линейных) перемещений вала, а также сигнализации о превышении опасного уровня размаха и скачка размаха виброперемещения,На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг, 2 - структурная схема преобразователя размаха виброперемещения; на фиг. 3 - структурная схема частотного детектора: на фиг. 4- экспериментальные характеристики: кривая 1 - вихретокового преобразователя(датчика), кривые 2 - 7 - частотного детектора, кривая 8 - выходная характеристика устройства с использованием описанного частотного детектора на выходе сумматора основного устройства.Все характеристики получены на макетном образце устройства с катушкой индуктивности с наружным диаметром 12 мм,Устройство для измерения вибрации и перемещений содержит генератор 1, измерительную катушку 2, включенную в колебательный контур генератора 1 и расположенную на установочном зазоре дуст вблизи объекта 3, подключенные к выходу генератора 1 последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель 4 и первый частотный детектор 5, подключенный к выходу генератора 1 последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 6, второй частотный детектор 7, согласующий каскад 8 и сумматор 9, вторым входом подключенный к выходу первого частотного детектора 5. Выход сумматора 9 подключен к регистратору 10, к нормирующему блоку 11 сигнала виброперемещения в виде О(д(т, к преобразователю 12 относительного, статического перемещения, к преобразователю 13 пиковых значений виброперемещения, к преобразователю 14 размаха виброперемещения и через один из входов коммутатора 15 к блоку 16 цифрового измерения и индикации. При этом один выход преобразователя12 относительного статического перемещения подключен к нормирующему блоку 17 сигнала относительного статического перемещения в виде .ф. О(дт), а второй его выход и выходы преобразователя 13 пиковых значений виброперемещения и преобразователя 14 размаха виброперемещений подключены к соответствующим входам коммутатора 15, В свою очередь выход преобразователя 14 размаха виброперемещений подключен одновременно на входы сигнализатора 18 превышения размаха виброперемещения, сигнализатора 19 скачка размаха виброперемещения и нормирующего блока 20 размаха виброперемещения в виде О (5 + Бвг), где Я, Я - амплитуды полуволн виброперемещений,Второй (импульсный) выход блока 16 цифрового измерения и индикации соединен с вторыми импульсными входами преобразователя 14 размаха виброперемещений и сигнализатора 19 скачка размаха виброперемещения.Преобразователь 14 размаха виброперемещений содержит два однополупериодных разнополярных пиковых вольтметра 21 и 22, Своими аналоговыми выходами они подключены к инвертирующему и прямому входам сумматора 23, электронные ключи 24 и 25 подключены параллельно аналоговым выходам пиковых вольтметров 21 и 22, импульсные выходы которых подключены на обнуляющие входы счетчика 26 импульсов и триггера 27. Счетный вход счетчика 26 импульсов является его вторым входом и подключен к импульсному выходу блока 16 цифрового измерения и индикации. Сигнализатор 18 превышения размаха виброперемещения содержит пороговый блок 28, задатчик 29 уставки допустимого уровня размаха и блок 30 сигнализации, Выход сумматора 23 является выходом преобразователя 14 размаха виброперемещения и подключен (фиг, 3) на вход сигнализатора 19 скачка размаха виброперемещения,Частотный детектор 5 или 7 устройства содержит последовательно соединенные О-триггер 31, формирователь 32 последовательности импульсов, генератор 33 пилообразного напряжения, пиковый вольтметр 34, а также подключенный к второму входу О-триггера 31 опорный генератор 35,Устройство работает следующим образом,При изменении за счет виброперемещения или перемещения величины первоначального установочного зазора дую между торцом измерительной катушки 2 и исследуемым объектом (валом) 3 происходит изменение индуктивности измерительной катушки 2 и, как следствие этого, изменение частоты колебаний генератора 1, что приводит к изменению выходных сигналов обоихчастотных детекторов 5 и 7, на входы которых поступает сигнал через усилители-ограничители 4 и 6 соответственно,В частотных детекторах 5 и 7 частотно- модулированный сигнал поступает иа один из входов О-триггера 31, на второй вход которого поступает сигнал фиксированной частоты Ро от опорного генератора 35, На выходе О-триггера 31 получается сигнал разностной частоты, который формирователем 32 преобразуется в последовательность импульсов, которыми запускается генератор 33 пилообразного напряжения, Величина пиковых значений этого сигнала преобразуется пиковым вольтметром 34 в сигнал, п-.апарциоиальный изменению пеОиада разностиой частоты. В итоге, частотными детек"ара 5 и 7 преобразуется сигнал аихротакозого датчика в сигнал, пропорциональный Величине пере.:.есцения и Вибропереме, иены.Р нализ экспериментальных Выходных ХараКтЕри ПЛК ЧаСтОТИОГО дЕТЕКТОра,фИГ. 4, кривые . - 7) показывает, чта выборам частоты Го г Орного генератора 35 в диапазоне Го( Г,.;н можно сушестзеиио деформирозать ега выходиуа характеристику.Суммирова;ием сигиалОЗ частотных детекторов 5 и 7 с состветствующей их настро 9 кай и соотве 1 ств,ощим каэфф)циентом передачи согласующего каскада 8 в суммагоре 9 получится пресоразаваниый сигнал с линейной характеристикой на участке 0,5-3,0 мм (ривгя 8, фиг. 4), чта способствует повышению досгавернасти контроля Вибросостаяния и расширению функциональных Возможностей устройства.Сиа с выхода сумматора 9, содеращлй постоянную составляющую, пропорци- ОНВЛЬНуЮ уСтанаваянаму ЗаЗОру О(дуст) И статическому перемещению: О(дст), а так-, же переменную 0(д(т, пропорциональную виброперемещеиию, гоступает на регистратор 10. Дополнительно этот сигнал подается через коммутатор 15 на блок 16 цифрового измерения и индикации, а также на преобразователь 14 размаха виброперемещения, на преобразователь 13 пиковых значений Виброперемещеиия, на преобразователь 12 относительных статических перемещений и на нормируощий блок 11 сигнала вибраперемещения, обеспечивающий дополнительный нормированный выход по переменному напряжению, пропорциональному переменной составляющей сигнала (вибрации), для подключения аппаратуры анализа спектра вибрации или для обработки на ЭВЫ,В преобразователе 14 размаха виброперемещения переменная составляющая10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сигнала поступает на пиковые разнополяриые вольтметры 21 и 22, которые фиксируют величину пиковых значений (полуразмахов) сигнала каждой волны виброперемещения, и после их суммирования в сумматоре 23 ПОЛУЧаЕТСЯ СИНаЛ, ПРОПарЦИОНаЛЬНЫй Оаэмаху Виброперещения одной полярности, когарый выдается на нармирующий блок 20 размаха Виброперемещения, имеющий выход для непрерывной регистрации сигнала размаха, например, самопишущего прибора,Г 1 ри необходимости уровень размаха виброперемещения контролируется блоком 16 ц 1 фравога измерения и индикации путем по-ачи этого сигнала на его вход через комму 1 втор 15.,Для обеспечения измерения и регистрации уровня размаха виброперемещения с заданной точностью и особенно иа нижней границе частотного диапазона устройства, иаполмер, начиная с 0,5 Гц, постоянную времени пиковых вольтметров 21 и 22 выбирают такай, чтобы разность между двумя максимумами сигнала виброперемещения с постоянной амплитудой не превышала допустимую погрешность измерения и регистрацли. Недостатком такого преобразователя размаха виброперемещения является то, что для регистрации уменьшения амплитуды требуется очень большой промежуток времени, т,е. большое запаздывание, Для уменьшения времени запаздывания при регистрацил изменения уровня размаха в сторону уменьшения выходы пиковых вольтметров 21 и 22 шуитируют соответственно эле.тронными ключами 24 и 25 по сигналу управления с триггера 27,В пиковых вольтметрах 21 и 22 идет непрерывное сравнение предыдущей и последующих амплитуд измеряемого сигнала и в момент перехода максимума (пика) вырабатывается импульс подзарядки их конденсаторов (не показаны) и импульс на обнуля,зщие входы счетчика 26 импульсов и триггера 27, что приводит их в исходное состояние и удерживает электронные ключи 24 и 25 в закрытом состоянии.При уменьшении амплитуды сигнала виброперемещения - последующей по сравнению с предыдущей (при снижении уровня размаха) - пиковые вольтметры 21 и 22 прекращают вырабатывать импульсы для подзаряда конденсаторов и, следовательно, не будут поступать обнуляющие импульсы на счетчик 26 импульсов и триггер 27, Импульсы частотой 1 = 1 Гц, поступающие с второго (импульсного) выхода блока 16 цифрового измерения и индикации иа счетный вход счетчика 26 импульсов, записыва 1665235ются им до заполнения, Если в течение счета й импульсов до заполнения счетчика 26 импульсов не поступит обнуляющий импульс, то будет выдана команда на триггер 27 и по его команде сработают электронные ключи 24 и 25 и организуются цепи ускорен- його разряда конденсаторов пиковых вольгметров 21 и 22, При уменьшении уровня снаряда конденсаторов до величины пиковых значений сигнала виброперемещения вырабатывается обнуляющий импульс, которым счетчик 26 импульсов и триггер 27 приводтяся в исходное состояние, а цепи ускоренного разряда конденсаторов размыкаются электронными ключами 24 и 25, При выборе й= 2 схема управления ,ускоренным разрядом конденсаторов обеспечивает регистрацию изменения раз,маха виброперемещения, начиная с частот выше 0,25 Гц, Если частота измеряемого ,сигнала станет меньше 0,25 Гц, то счетчик 26 импульсов заполняется и выдается ко,манда триггером 27 на электронные ключи 24 и 25, которые открываются и образуют цепи разряда конденсаторов пиковых воль,тметров 21 и 22, и измерение сигнала размаха виброперемещения прекращается,При плавном увеличении сигнала размаха виброперемещения на выходе преобразователя 14 размаха виброперемещения и достижения допустимого уровня и превышении установленного в задатчике 29 уставки допустимого уровня срабатывает пороговый блок 28, а по его команде и блок 30 сигнализации, а при необходимости может выдаваться команда в устройство защиты.В случае появления в сигнале размаха виброперемещения скачкообразного увеличения сигнала размаха, этот сигнал оценивается по крутизне фронта, по уровню и по длительности в сигнализаторе 19 скачка размаха виброперемещения, и после этоо выдается сигнал о наличии такого скачка размаха в систему сигнализации.В преобразователе 13 пиковых значений виброперемещения переменная составляющая сигнала преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное пиковому значению виброперемещения объекта вне зависимости от направления перемещения объекта. Для этого в качестве такого преобразователя может быть испол ьзован двухполярный пиковый вольтметр, Напряжение с выхода преобразователя 13 пиковых значений через коммутатор 15 подается на блок 16 цифрового измерения ииндикации.В преобразователе 12 относительного статического перемещения из постоянной составляющей сигнала, пропорциональнойзазору д, поступающего с выхода сумматора9, выделяется со своим знаком величинаизменения постоянной составляющей сиг 5 нала, пропорциональной статическому перемещению (биению),. Все изменения этого сигнала, пропорциональные статическому перемещению относительно установленного нуля,10 преобразуются, например двухполупериодным выпрямителем, передаются с учетомзнака через коммутатор 15 для измеренияотносительного статического перемещения,кроме того, эти изменения сигнала через15 нормирующий блок 17 поступают на нормированный выход сигнала в виде 4- О(дат),пропорционального относительному статическому перемещению объекта 3, для регистрации. например, самопишущим20 прибором.Таким образом, устройство позволяет,помимо измерения изменения зазора, измерить и зарегистрировать величину размаха виброперемещения объекта и ее пиковые25 значения, по ним оценить величину и симметричность колебаний, выдать команды всистему сигнализации, а также защиты объекта контроля при превышении уровнемразмаха допустимого уровня при плавном и30 скачкообразном изменении величины виброперемещения, контролировать и регистрировать изменения относительногостатического перемещения, например, валав подшипнике турбоагрегата, и при необходимости анализировать виброперемещенияпо гармоническому составу в целях вибродиагностики. Формула изобретения401. Устройство для измерения вибрациии перемещений по авт. св, М 1010470, о тл и ча ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за 45 счет получения информации о величине размаха виброперемещения, его пиковых значениях, биениях, а также их изменении во времени, оно снабжено подключенными к выходу сумматора нормирующим блоком сигнала виброперемещения, преобразователем относительного статического перемещения, преобразователем пиковых значений виброперемещения,преобразователем размаха виброперемещения и коммутатором, подключенным к выходу преобразователя размаха виброперемещения сигнализатором превышения размаха виброперемещения, сигнализатором скачка размаха виброперемещения и нормирующего блока сигнала виброперемещения, 1665235нормирующим блоком сигнала относительного статического перемещения, подключенным к выходу преобразователя относительного статического перемещения, и блоком цифрового измерения и индикации, подключенным к выходу коммутатора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя размаха виброперемещения, третий - к выходу преобразователя пиковых значений виброперемещения, а четвертый - к второму выходу преобразователя относительного статического перемещения, выход блока цифрового измерения и индикации подключен к вторым входам преобразователя размаха виброперемещения и сигнализатора скачка размаха виброперемещения,2. Устройство по и, 1, отл и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью уменьшения погрешности регистрации размаха .виброперемещения, преобразователь размаха виброперемещения выполнен в виде двух разнополярных пиковых вольтметров, обобщенные входы которых являются первым входом преобразователя размаха виброперемещения, сумматора, подключенного входами соответственно к аналоговым выходам пиковых вольтметров, двух электронных ключей, подключенных соответственно к аналоговым выходам пиковых вольтмет ров, и последовательно соединенных импульсов и триггера, обнуляюшие входы которых подключены к обобщенным импульснь,м выходам пиковых вольтметров, выход триггера подключен к управляющим 10 входам электронных ключей, счетный входсчетчика импульсов является вторым входом, а выход сумматора - выходом преобразователя размаха виброперемещения, вторые входы злектронных ключей предназ начены для подключения к общей шине,3. Устройство по п, 1 о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения диапазона измеряемых перемещений, частотные детекторь. выполнены в виде последовательно соединенных опорного генератора, О-триггера формирователя последовательности импульсов, генератора пилообразного напрякения и пикового вольтметра, второй вход О-триггера является входом частотного детектора, выход пикового вольтметра является выходом частотного детектора,каэ 2386 ВНИИПИ Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Тираж 325 арственного комитет 113035, Москва, Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб., 4/5